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掌握平板SoC四大关键!
Computex勇闯平板路

【作者: 鍾榮峯】2011年06月09日 星期四

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平板装置已成为今年全球电子产业众所瞩目的焦点,Computex展会各类平板装置相互争奇斗艳,媒体平板(media tablet)和PC型平板(tablet PC)之间的瑜亮情节,也在此刻不断发酵。行动系统单芯片架构(SoC)正是平板装置的重要核心。综观当前平板SoC发展,有四大关键必须密切注意:(一)4核心行动SoC已开始起跑;(二)x86架构和MIPS急起直追挑战ARM;(三)亚洲芯片商走出自己平板路;(四)大厂持续并购补齐行动SoC技术缺口。这四大关键将深刻影响着平板装置的未来样貌。


(一)4核心行动SoC鸣枪起跑!

媒体平板SoC处理器架构已是芯片大厂各路英雄争相竞逐的场域,目前平板装置以双核心SoC处理器为主流,然而包括德州仪器、高通、辉达(Nvidia)、英特尔、ST-Ericsson、美满科技(Marvell)、飞思卡尔、三星电子、博通、超威、瑞萨行动、LG、ZiiLABS和威盛(VIA)等,都已起跑公布3或4核心媒体平板SoC的发展蓝图。德仪、高通和ST-Ericsson以先进28奈米制程作为下一代平板SoC的起跑点,英特尔和超威则选择以32奈米作为切入点,预估今年年底可量产化;博通和三星电子的平板SoC主攻45/40奈米,预计今年第3季可进入量产阶段;辉达则是采取先推出40奈米平板SoC、明年下半年改采28奈米制程的过渡策略。


已经宣布推出3或4核心SoC的芯片大厂,多采用ARM的低功耗处理核心,德仪、ST-Ericsson和LG以Cortex-A15为基础,辉达、飞思卡尔、博通、瑞萨行动和ZiiLABS则是以Cortex-A9为主,ARM集团在媒体平板平台已形成兵强马壮之势,延伸以往在智能手机处理平台的既有主导地位。


(二)x86和MIPS急起直追挑战ARM

不过另一方面,英特尔、超威和威盛等x86架构处理器大厂,也已公布多核心SoC发展蓝图,除积极抢攻PC版平板领域外,也有直取媒体平板的企图心,对于ARM集团来说,自有不可轻忽的威胁性。加上英特尔近日宣布最新三闸极晶体管(Tri-Gate transistor)技术已可进入量产化,采用此技术的最新Ivy Bridge芯片,预计将在今年年底出货给OEM厂商,相关产品可在2012年初问世。对于强调处理核心低功耗优势的ARM来说,也绝对不是一个好消息。而ARM想要迂回渗透到英特尔老巢PC/NB的计划,也可能会受到一定程度的阻碍。


挑战ARM低功耗 英特尔三闸极晶体管助威

英特尔的三闸极晶体管技术宣称采用22奈米制程、以3D IC架构为基础,比起32奈米制程的平面双闸极晶体管技术,可降低超过50%的功耗,并且提高18~37%的处理效能,制程成本也不过微幅提高了2~3%。


相较于台积电和IBM主要竞争对手,由于三闸极技术先行一步量产化,英特尔已经拥有2~3年的领先差距;加上三闸极晶体管不必再沿用绝缘层上覆硅SOI(silicon-on-insulator)架构,更可让成本有效降低许多;而三闸极晶体管技术可继续适用于20奈米以下次世代微影制程阶段。


因此,三闸极晶体管技术的量产化,提高了英特尔Atom平台进攻媒体平板的战斗力,也强化了在传统PC/NB领地的防御能力。英特尔以往在这里拥有超过80%市占率的绝对优势,Wintel联盟更是让其他「小三」没有插手空间。不过微软在CES展会期间宣布将支持ARM架构,以往坚不可摧的Wintel联盟出现了关键性的缺口,让拥有低功耗处理核心优势的ARM,有了可趁之机得以切入行动笔电和PC型平板领域。


现在,英特尔的新一代x86处理核心有能力在低功耗部份与ARM一较高下,反过头来对于ARM在媒体平板领域的霸主地位产生威胁,更可抵御ARM挟低功耗优势大举挥军自家老巢的冲击。


多线程当利器 MIPS力拱 64位处理核心

不让ARM在媒体平板领域独占鳌头,MIPS也以多线程和单周期多路指令并行发射技术当利器,计划在今年第3季推出名为Prodigy的64位处理器核心方案。


毫不掩饰地,MIPS认为64位及多线程技术,才能真正满足平板装置同步多任务的负荷需求,也会是平板SoC处理核心的主流趋势。MIPS直接讲明Prodigy就是要挑战能支持扩展内存寻址技术的ARM 32位Cortex A15处理架构,能够突破32位对于内存寻址能力的限制,长远目标就是能够在行动装置领域占有一席之地。现在包括Android、Linux以及Wind River的VxWorks等三类操作系统和框架,都已经开始支持MIPS 64位处理器架构。


(三)走自己平板路 亚洲芯片商不缺席

在ARM集团和英特尔大举进军媒体平板之际,包括中国、新加坡和台湾本土芯片厂商也不落人后地针对平板系统推出2~4核心SoC处理器架构,欲在今年竞争激烈的平板市场积极卡位。


多芯片模块开道 威盛推4核心处理器

台湾威盛电子不让其他大厂专美于前,近日公布了最新款4核心处理器架构Nano QuadCore L4700。L4700采用2个以自己开发的Isaiah处理核心为基础的Nano X2双核心处理器,封装成一颗21×21公厘尺寸的4核心多芯片模块(Multu-Chip Module;MCM)架构,并不是在单一芯片上整合4颗处理核心;而2个双核心处理器,是透过V4总线连接传输,速率可达1333MHz。


正因为4核心MCM多芯片模块架构不同于其他芯片大厂的多核心处理器设计,因此处理效能大概维持在1.2GHz左右,不过藉由威盛自己研发出的自适应超频率技术(Adaptive Overclocking),可以将处理频率拉高到1.47GHz。不过降低热功耗的程度仅在27.5W,相对其他竞争对手的产品功耗仍较高,还有改善的空间。


可以预期的是,威盛藉由这款4核心处理器,要在媒体平板领域占有一席之地。尽管目前威盛在x86处理器市场的市占率只有0.3%,市场也认为此款处理器总体效能与同为x86架构的英特尔Atom和AMD的Brazos相比,可能还有一段差距。但媒体平板市场提供威盛一个难得的发展契机,此时推出4核心处理架构,对于威盛来说更代表着迈向新局的第一步。


当仁不让 中国和新加坡攻平板SoC

另一方面,中国本土芯片厂商新岸线(Nufront)近日便公布采用40奈米制程、以ARM Cortex-A9处理核心为基础的双核心平板系统单芯片NuSmart 2816,整合自家2D/3D绘图处理核心,宣称效能可达到2.0GHz,在1.6GHz处理效能时功耗只需要2W。新岸线也已经开发出自家的媒体平板样品,以NuSmart 2816处理器为基础,搭配8吋投射电容式多点触控屏幕,内建支持Android 3.0 Honeycomb的作业框架。市场上认为Nufront此款平板处理器的效能可与Nvidia的Tegra 2相抗衡。


而新加坡芯片商Creative Technology旗下全资子公司ZiiLABS,也针对媒体平板推出以自家Zii处理器为基础的双核心ZMS-20和4核心ZMS-40系统单芯片产品。ZMS-20也是以ARM的Cortex-A9为处理核心,效能可达到1.5GHz,整合48个Stemcell多媒体核心。而4核心ZMS-40更整合了96个多媒体核心,因此Creative Technology宣称处理效能可达6GHz。ZiiLABS也进一步推出可支持Android 3.0作业框架的平板样品。


(四)持续并购 大厂补齐行动SoC缺口

正因为行动SoC是媒体平板和PC型平板的核心架构,因此除了应用处理器和绘图芯片之外,无线网通技术更是行动SoC技术版图不可或缺的一块,必须掌握基频、射频收发和功率放大、以及各类无线链接技术关键。芯片大厂在行动SoC的技术整合度和自主能力,更是攸关能否具备先发制人的竞争实力,在平板装置领域站稳先机。


五大厂补齐平板SoC版图

2月初英特尔并购英飞凌手机事业部门成立Intel Mobile Communications,取得基频和3G/HSPA/LTE射频收发关键技术,在射频单芯片整合技术上有突破性进展,补齐了平板行动SoC的版图缺口。另外高通宣布并购Atheros将取得在Wi-Fi、蓝牙和GPS等无线链接技术的能力,搭配自身在3G/HSPA/LTE基频和射频收发的优势,在平板行动SoC的自主技术版图也将大功告成。博通、ST-Ericsson和美满科技(Marvell)也都完备了应用处理器、基频、射频和无线链接的技术能力,在平板行动SoC阶段取得先发制人的战略位置。


并购Icera软件基频 Nvidia吃下大补丸

在如此竞争激烈的客观情势下,辉达(Nvidia)近日透过并购英国基频和射频芯片设计厂商Icera,也大幅缩短与对手之间的差距,可说是顺势而为的决定。Nvidia藉此也补足基频和射频关键技术的空缺,结合自身正在进行中的4核心Project KAL-EL行动SoC规划,积极展现抢攻平板装置的高度企图心。


Nvidia愿意出钱并购Icera,除了自身的策略考虑外,Icera条件符合Nvidia需求也是主因。Icera藉由软件动态地重新配置(reconfigurability)支持各类无线网通规格的模式,结合自身开发的可编程基频架构DXP,建立一套所谓软件基频(software baseband)设计方案,具有缩小尺寸和降低功耗的技术优势;藉由软件动态地重新配置模式支持各类无线网通规格,更可进一步降低功耗。


再者Icera不仅陆续推出GSM/GPRS/EDGE/W-CDMA/HSPA+等基频设计,同时也掌握LTE基频芯片组关键技术,且同样也是委由台积电代工,今年预估可从40奈米进入28奈米制程,在制程演进上不仅与Nvidia相辅相成,也可协助Nvidia快速掌握LTE基频技术的发展需求。因此市场预估并购Icera对于Nvidia设计整合应用处理器和基频芯片的行动SoC架构,进一步取得媒体平板的设计采用(design wins),有非常大的帮助。


亚洲芯片商勇闯平板处理器!<制表整理:钟荣 峯>

处理器厂商

台湾威盛电子(VIA)
Nano QuadCore L4700

中国新岸线
(Nufront)
NuSmart 2816

新加坡ZiiLABS

ZMS-20

ZMS-40

多核心

4核心MCM

双核心

双核心

4核心

处理核心

Nano X2;x86

ARM Cortex-A9

ARM Cortex-A9

ARM Cortex-A9

处理效能

1.2GHz

2.0GHz

1.5GHz

6GHz

芯片制程

40奈米

40奈米

 

 

搭配操作系统

 

Android 3.0

Android 3.0


行动SoC就位 平板竞赛热闹滚滚!

在四大发展趋势带动下,平板SoC大厂已陆续就定位,准备在媒体平板和PC型平板路上全力冲刺。看起来媒体平板来势汹汹,不过传统笔电大厂也推出PC型平板与之相抗衡。但这两条平板路,哪一条能走得平顺达到终点,让用心良苦的芯片大厂能够展现胜利的微笑?


两种平板大不同

从系统角度来看,媒体平板和PC型平板之间在许多面向上有显著的区隔。在软硬件规格上,苹果iPad、摩托罗拉Xoom和三星电子Galaxy Tab所代表的媒体平板,是以ARM处理核心的行动SoC与行动操作系统整合平台为基础的装置,多首选采用触控人机接口。而PC型平板则是采用平板和键盘可随插抽换的混合式尺寸规格,多以英特尔的Atom或是其他x86架构处理器为核心,搭配诸如Windows 7、Linux或是Mac OS等全PC等级的操作系统。


另外在应用层面上,媒体平板是以浏览多媒体视讯和因特网应用为主,因此也随之带动触控接口的蓬勃发展。媒体平板被认为是放大版的智能型手机,并非是随意的模拟,而是其来有自。相对地,PC型平板虽然也搭配触控功能,不过PC型平板的内在困境也开始浮现,例如过慢的开机时间、对于触控接口软硬件整合应用的反应不足等。


媒体平板将取得主导地位

从市场角度来观察,目前以iPad为首的媒体平板,出货量已经超过2500万台。尽管PC型平板仍有一定的市场需求,不过媒体平板将以压倒性优势主导平板市场。原因在于平板装置的目的是提供消费者多媒体娱乐的平台。亦即,用户大量传递消费多媒体数据的应用趋势,而不是以往输入处理数据内容的模式,成为媒体平板开枝散叶的肥沃土壤。这是媒体平板得以胜出掌握市场趋势很重要的关键。


PC型平板自有一片天

虽然如此,PC型平板仍会有自己的一席之地。传统笔电大厂所推出的混合式PC型平板,结合多媒体应用和既有PC数据处理的双重功能,让以往长期习惯于传统PC环境下处理大量数据的用户来说,也可说是一兼两顾的替代方案。消费者藉由混合式PC型平板,也能接触到行动装置容易亲近的使用特性。透过扩充底座(docking station)的无线链接功能,原本扮演媒体平板应用的混合式PC型平板,可架构出一套可支持全作业功能的行动笔电环境。


不过针对提高作业应用,媒体平板也开始增加数据处理功能、以及扩大与云端数据库链接的能力,媒体平板从大量使用多媒体数据转向数据处理,刚只是处于萌芽阶段,是否会朝向明显的转变,目前仍无法论断。


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